2019-2020年高一物理 第七章機(jī)械能 二、功率(第一課時(shí)) 人教大綱版第一冊(cè).doc

2019-2020年高一物理 第七章機(jī)械能 二、功率(第一課時(shí)) 人教大綱版第一冊(cè) ●本節(jié)教材分析 本節(jié)講述功率的概念.功率公式的應(yīng)用.教學(xué)的重點(diǎn)是使學(xué)生確切地理解公式P＝Fv的意義，要通過例題的教學(xué)使學(xué)生會(huì)應(yīng)用基本公式進(jìn)行計(jì)算，對(duì)平均功率和瞬時(shí)功率有所理解. 關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率與汽車的最大速率之間的關(guān)系，最好采用課后專題講座的形式進(jìn)行，以便通過分析汽車由開動(dòng)到勻速行駛的物理過程，使學(xué)生養(yǎng)成分析物理過程的習(xí)慣，避免簡單地套用公式. ●教學(xué)目標(biāo) 一、知識(shí)目標(biāo) 1.知道功率的定義、定義式、單位. 2.理解平均功率和瞬時(shí)功率. 3.理解功率的導(dǎo)出式P＝Fv的物理意義，掌握其用法. 二、能力目標(biāo) 1.學(xué)會(huì)求解各種不同的功率. 2.運(yùn)用功率的不同表達(dá)公式分析和解決動(dòng)力機(jī)械的運(yùn)動(dòng)問題. 三、德育目標(biāo) 1.使學(xué)生養(yǎng)成具體問題具體分析和嚴(yán)密思維的習(xí)慣. 2.提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、解決實(shí)際問題的能力. ●教學(xué)重點(diǎn) 1.理解功率的概念. 2.知道功率的種類及其計(jì)算. ●教學(xué)難點(diǎn) 功率的求解公式P＝Fv的意義和應(yīng)用. ●教學(xué)方法 電教法、理論聯(lián)系實(shí)際歸納法. ●教學(xué)用具 投影儀、投影片、錄相資料、CAI課件. ●課時(shí)安排 1課時(shí) ●教學(xué)過程 一、導(dǎo)入新課 ［放錄像］ 有1 t的貨物，準(zhǔn)備運(yùn)到三樓，分別用三種方式起運(yùn). 方式一：搬運(yùn)工分批搬，需3 h； 方式二：用一臺(tái)起重機(jī)提升，用時(shí)1 min； 方式三：用另一臺(tái)起重機(jī)提升，用時(shí)30 s. ［思考］在上述錄像中，把重物由地面運(yùn)到三樓， ①用不同的方式，對(duì)重物所做的功是否相同？ ②所用時(shí)間不同，得到三種方式中做功的快慢是否相同？ ［導(dǎo)入］ 上述三種方式中，對(duì)重物所做的功是相同的，但所用時(shí)間不同，說明做功的快慢不同.在物理學(xué)中，用功率來表示做功的快慢，本節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)功率. 板書：功率 二、新課教學(xué) （一）功率 ［程序一］［投影閱讀思考題］ 1.什么叫做功率？：功率是表示什么的物理量？ 2.功率的定義式是什么？定義式中各個(gè)字母分別表示什么物理量？單位是什么？ 3.功率的單位有哪些？換算關(guān)系如何？ ［程序二］學(xué)生閱讀課文相關(guān)內(nèi)容，并解答思考題. ［程序三］抽查學(xué)生解答思考題，教師總結(jié). 1.功率是表示做功快慢的物理量. 2.功跟完成這些功所用時(shí)間的比值叫做功率. 3.功的定義式是P=，其中： 4.功率的國際單位：瓦特（W）或焦/秒（J/s) 常用單位：千瓦（kW) 換算關(guān)系： 1 kW=1000 W=1000 J/s ［程序四］ 討論：在作用力方向和位移方向相同的情況下，如何用力和速度來表示功率？ 學(xué)生活動(dòng)：討論并在硬紙片上寫出推導(dǎo)過程. ［程序五］學(xué)生在實(shí)物投影儀上展示推導(dǎo)過程和結(jié)論： 推導(dǎo)過程： 當(dāng)作用力方向和位移方向相同時(shí)， 結(jié)論：當(dāng)力F和位移方向相同時(shí)，力F的功率等于力F和物體運(yùn)動(dòng)速度v的乘積. 拓展： 當(dāng)力F和位移s之間有一夾角α?xí)r，如何表示功率？ 推理得到：P=Fvcosα ［程序六］教師講解點(diǎn)撥： 通過上述分析，功率有兩個(gè)求解公式： 1.定義式：P=; 2.推廣式：P=Fvcosα 關(guān)于定義式：P= a.它是普遍適用的，不論恒力做功還是變力做功，它都適用. b.它表示時(shí)間t內(nèi)的平均功率，只有當(dāng)物體勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，才等于瞬時(shí)功率. c.因?yàn)楣有正負(fù)之分，所以功率也有正負(fù)之分，功率的正負(fù)并不表示功率的大小. d.應(yīng)注意：P、W、t的同一性. 關(guān)于推廣式P=Fvcosα a.如果求平均功率時(shí)，式中v要用平均速度；求瞬時(shí)功率時(shí)，式中的v要用瞬時(shí)速率，必須注意F、α與P的同時(shí)性. b.當(dāng)F為合外力時(shí)，P為合外力做功的功率；當(dāng)F為某一外力時(shí)，P為該力做功的功率. c.在汽車等交通工具一類問題中，式中P為發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率，F(xiàn)為發(fā)動(dòng)機(jī)的牽引力，v為汽車的瞬時(shí)速度. （二）功率的應(yīng)用和計(jì)算 ［程序一］討論推廣式P=Fv ［投影］ 關(guān)于公式P=Fv ①當(dāng)功率P一定時(shí)，牽引力F和v之間有什么關(guān)系？ ②當(dāng)速度v一定時(shí)，牽引力F和功率P之間關(guān)系如何？ ③當(dāng)牽引力F一定時(shí)，功率P和速度v之間有什么關(guān)系？ P一定時(shí)，力F與速度v成反比 v一定時(shí)，力F與功率P成正比 F一定時(shí)，功率P與速度v成正比 ［程序二］用多媒體展示下列關(guān)系： 據(jù)P=Fv可得 ［程序三］討論并回答下列問題： 1.汽車上坡的時(shí)候，司機(jī)常用換檔的方法來減小速度，為什么？ 2.汽車上坡時(shí)，要保持速度不變，應(yīng)如何做？ 3.起重機(jī)在豎直方向勻速吊起某一重物時(shí)，為什么發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率越大，起吊速度就越大？ 抽查學(xué)生回答上述問題： 1.汽車上坡的時(shí)候，司機(jī)常用換檔的方法減小速度，來得到較大的牽引力. 2.汽車上坡時(shí)，要保持速度不變，就必須加大油門，增大輸出功率來得到較大的牽引力. 3.起重機(jī)在豎直方向勻速吊起某一重物時(shí)由于牽引力與重物的重量相等，即牽引力保持不變，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率越大，起吊的速度就越大. ［程序四］例題分析 1.學(xué)生閱讀課文例題 2.審題 a.本題中的物體在水平力的作用下做初速為零的勻加速運(yùn)動(dòng). b.要求解在3 s內(nèi)對(duì)物體做的功，據(jù)W=Fs,必須求出物體在3 s內(nèi)的位移. c.求解平均功率和瞬時(shí)功率時(shí)應(yīng)選取合適的求解公式. 3.學(xué)生在練習(xí)本上寫出解答過程，并在投影儀上展示. 解：a.力F在t=3 s內(nèi)所做功的求解： 在F作用下，產(chǎn)生的加速度為： a==2 m/s2 在3 s內(nèi)物體的位移為： s=at2=29 m=9 m 所以力F在3 s內(nèi)對(duì)物體做的功為 W=Fs=69 J=54 J b.力F在t=3 s內(nèi)對(duì)物體做功的平均功率為： 方法一：P===18 W 方法二：物體在3 s末的速度為： vt=at=23=6 m/s 所以P=F=F=6W=18 W c.在3 s末，力F對(duì)物體做功的瞬時(shí)功率為 P=Fv瞬=6 N6 m/s=36 W 三、課堂練習(xí) 練習(xí)題一： 質(zhì)量為m的木塊放在光滑水平面上，在水平力F作用下從靜止開始運(yùn)動(dòng)，則開始運(yùn)動(dòng)t s時(shí)F的功率是 A. B. C. D. 學(xué)生解答并在投影儀上展示： 學(xué)生甲： 物體在力F作用下，從靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，則在t s內(nèi)的位移為：s=at2 所以W=Fs=Fat2=Ft2= 所以P== 所以本題選A. 學(xué)生乙： 由題意知，物體在力F的作用下，從靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，則： a= v=at=t P=Fv=Ft=t，所以本題選C. 師生共同討論上述兩種解法： 本題所求是t s時(shí)F的功率，即F的瞬時(shí)功率，因F和v同方向，由P=Fv即可求得.所以學(xué)生甲的解法是錯(cuò)誤的，因?yàn)樗蟮氖莟 s內(nèi)的平均功率. 總結(jié)： 1.由公式P=求出的是t時(shí)間內(nèi)的平均功率，而公式P=Fv，如果v表示的是平均速度，則由公式P=Fv求出的是平均功率；如果v表示的是瞬時(shí)速度，則由公式P=Fv求出的是瞬時(shí)功率. 練習(xí)題二： 一架自動(dòng)扶梯以恒定的速度v1運(yùn)送乘客上同一層樓，乘客第一次站在扶梯上不動(dòng)，第二次以相對(duì)于扶梯的速度v2勻速上走，兩次扶梯牽引力做的功分別為W1和W2，牽引力的功率分別為P1和P2，則 A.W1＜W2,P1＜P2 B.W1＜W2;P1=P2 C.W1=W2;P1＜P2 D.W1＞W(wǎng)2,P1=P2 解析： 1.兩種情況下人對(duì)扶梯的壓力都等于人的重力，即兩種情況下扶梯的牽引力大小相等. 2.第一種情況下位移為一層樓高度，第二種情況下人也勻速走了一段位移，故扶梯的位移就比第一次小，故有s1＞s2,W1＞W(wǎng)2. 3.因?yàn)閮煞N情況下牽引力一樣大，且牽引力作用下扶梯的運(yùn)動(dòng)速度v1也保持不變，由P=Fv,可知P1=P2 故本題選D. 練習(xí)題三：關(guān)于汽車的行駛問題 1.介紹相關(guān)知識(shí) （1）機(jī)車啟動(dòng)過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率指牽引力的功率而不是指合外力或阻力的功率. （2）發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率指的是該機(jī)器正常工作時(shí)的最大輸出功率，并不是任何時(shí)候發(fā)動(dòng)機(jī)的功率都等于額定功率，實(shí)際輸出功率可在零和額定值之間取值. 2.用投影片出示鞏固訓(xùn)練題 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率為60　kW，汽車質(zhì)量為5t，汽車在水平路面上行駛時(shí)，阻力是車重的0.1倍，g取10　m／s2，問： （1）汽車保持以額定功率從靜止啟動(dòng)后能達(dá)到的最大速度是多少? （2）若汽車保持以0.5　m／s2的加速度做勻加速運(yùn)動(dòng)，這一過程能維持多長時(shí)間? 3.分析并用CAI課件模擬汽車的兩個(gè)啟動(dòng)過程. （1）汽車以恒定功率啟動(dòng)后先做變加速運(yùn)動(dòng)，最后做勻速直線運(yùn)動(dòng)，變化情況如下： 速度v↑ 此時(shí)v達(dá)到最大速度vm，→此后保持vm做勻速直線運(yùn)動(dòng). （2）當(dāng)汽車以恒定加速度啟動(dòng)后，過程變化情況如下：a恒定F牽 恒定v將繼續(xù)增大a↓此時(shí)v達(dá)到最大速度vm→以后汽車將保持以vm做勻速直線運(yùn)動(dòng). 4.據(jù)上述分析：學(xué)生求解上述鞏固訓(xùn)練，在實(shí)物投影儀上對(duì)過程進(jìn)行抽查評(píng)析. 5.用實(shí)物投影儀展示正確的解題過程. 解：汽車受力情況如圖所示 （1）據(jù)上述分析可知：當(dāng)牽引力F牽大小等于阻力F阻時(shí)，汽車的加速度a＝0，速度達(dá)到最大值vm，據(jù)公式P＝Fv可得出汽車最大速度. vm＝ （2）由上述分析可知：以恒定加速度啟動(dòng)后的汽車先做一段勻變速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)汽車的功率達(dá)到額定功率以后，加速度減小，汽車將做變加速運(yùn)動(dòng)，速度繼續(xù)增大直到加速度a＝0，這時(shí)速度達(dá)到最大值vm，以后將保持以vm做勻速直線運(yùn)動(dòng)，這樣汽車做勻加速運(yùn)動(dòng)所能維持的時(shí)間應(yīng)該從開始截止到汽車達(dá)到額定功率的時(shí)候.設(shè)汽車做勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)的牽引力為F牽，阻力為F阻，據(jù)牛頓第二定律，有F牽＝F阻＋ma＝0.1mg＋ma＝7500　N. 當(dāng)汽車的功率增大到額定功率時(shí)，汽車做勻加速過程結(jié)束，設(shè)這時(shí)汽車的速度為v1，據(jù)功率公式 P＝F牽v1 得：v1＝　m／s＝8　m／s 設(shè)汽車能維持勻加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t 則：t＝s＝16　s 四、小結(jié)(用實(shí)物投影的形式) 通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們知道了以下幾個(gè)問題： 1.功率是表示物體做功快慢的物理量. 2.功率的單位有Ｗ、kＷ、1 kＷ＝1000?。? 3.功率的求解公式有：P＝ P＝Fv. 其中P＝和P＝Fv可用來求解平均功率，而P＝Fv也可用來求解瞬時(shí)功率. 4.要會(huì)用P＝Fv分析汽車的兩種啟動(dòng)過程. 五、作業(yè) （一）課本P139練習(xí)二 （二）思考題： 1.質(zhì)量為m的物體自高處自由落下，時(shí)間t內(nèi)重力的平均功率為________，t s末重力的瞬時(shí)功率為__________. 2.設(shè)飛機(jī)飛行時(shí)所受的阻力與其速度的平方成正比.如果飛機(jī)以速度v勻速飛行時(shí)其發(fā)動(dòng)機(jī)的功率為P，則飛機(jī)以2v的速度勻速飛行時(shí)其發(fā)動(dòng)機(jī)的功率為_________. 3.起重機(jī)的鋼繩吊著物體由靜止開始豎直向上運(yùn)動(dòng)，先以加速度a（a＜g）加速運(yùn)動(dòng)再勻速運(yùn)動(dòng)，最后減速運(yùn)動(dòng)到靜止，則關(guān)于各段運(yùn)動(dòng)中繩的拉力的平均功率，下列說法中正確的是( ) A.第一段平均功率最大 B.第二段平均功率最大 C.第三段平均功率最小 D.第一段平均功率最小 4.跳繩是一種健身運(yùn)動(dòng)，設(shè)某運(yùn)動(dòng)員的質(zhì)量是５0　kg，他1 min跳180次，假定在每次跳躍中，腳與地面的接觸時(shí)間占跳躍一次所需時(shí)間的，則該運(yùn)動(dòng)員跳繩時(shí)克服重力做功的平均功率是多少瓦?(g取10　m／s2) 5.在20 m高處以大小相等的初速度v0＝20 m／s將三個(gè)質(zhì)量均為0.1　kg的小球a、ｂ、ｃ分別豎直上拋、平拋和自由落下，從拋出到落地的全 過程中，求重力對(duì)三球做的功和平均功率(不計(jì)空氣阻力，g＝10 m／s2). 參考答案： 1.，mg2t 2.8P 3.BC 4.75　Ｗ 5.20　J、20　J、20　J 10(－1)Ｗ，10　W，10?。? 六、板書設(shè)計(jì) 七、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計(jì) 1.質(zhì)量為m的汽車在傾角為θ的斜坡上勻速行駛，上坡時(shí)的速度為v1，下坡時(shí)的速度為v2，設(shè)汽車運(yùn)動(dòng)過程中所受阻力不變，且上、下坡時(shí)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的功率也相同，則汽車的功率等于______________. 2.起重機(jī)在５ s內(nèi)將2 t的貨物由靜止開始勻加速提升10 m高，若g取10 m／s2，則此起重機(jī)具備的最小功率應(yīng)是______________kW. 3.下列關(guān)于功率的說法，正確的是( ) A.功率是反映做功快慢的物理量 B.據(jù)公式P＝，求出的是力F在t時(shí)間內(nèi)做功的平均功率 C.據(jù)公式P＝Fv可知，汽車的運(yùn)動(dòng)速率增大，牽引力一定減小 D.據(jù)公式P＝Fvcosα，若知道運(yùn)動(dòng)物體在某一時(shí)刻的速度大小，該時(shí)刻作用力F的大小以及二者之間的夾角，便可求出該時(shí)間內(nèi)力F做功的功率 4.質(zhì)量為1　kg的物體做自由落體運(yùn)動(dòng)，g取10　m／s2，在下落的前2　s內(nèi)，重力對(duì)物體做的功是______________，在第2　s內(nèi)，重力做功的平均功率是__________________，第2　s末重力對(duì)物體做功的瞬時(shí)功率是______________. 5.汽車在水平面上運(yùn)動(dòng)，下列說法中正確的是 A.汽車啟動(dòng)后以額定功率行駛，在速度未達(dá)到最大速度以前，加速度是不斷增大的 B.汽車啟動(dòng)后以額定功率行駛，在速度未達(dá)到最大速度以前，牽引力是不斷減小的 C.汽車以最大速度行駛后，若要減速，可減小功率行駛 D.汽車以最大速度行駛后，若再減小牽引力，速度反而減小 6.物體在水平恒力F作用下，由靜止起沿力的方向由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)了s到達(dá)B點(diǎn)，則 A.水平面光滑時(shí)，力F對(duì)物體做功的平均功率大 B.水平面不光滑時(shí)，力F對(duì)物體做功的平均功率較大 C.水平面光滑時(shí)，力F對(duì)物體做功的即時(shí)功率較大 D.水平面不光滑時(shí)，力F對(duì)物體做功的瞬時(shí)功率較大 7.飛機(jī)以速度v水平勻速飛行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率為P，若飛機(jī)所受的空氣阻力與飛行速度的平方成正比，那么當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率增為4P時(shí)，飛機(jī)勻速飛行的速度將增為 A. v B. v C.2v D. v 8.從空中以40　m／s的初速度平拋一個(gè)重力為10　N的物體，物體在空中運(yùn)動(dòng)3　s落地，不計(jì)空氣阻力，g取10　m／s2.則物體落地時(shí)重力的瞬時(shí)功率為 A.400　W B.300　W C.500　W D.700　W 9.一個(gè)質(zhì)量為m的物體，沿固定的傾角為θ的光滑斜面由靜止下滑，當(dāng)它在豎直方向下落了h高度時(shí)，重力做功的瞬時(shí)功率為 A.mgsinθ B.mgcosθ C.mgtanθ D.mg 10.物體A、B質(zhì)量相同，A放在光滑的水平面上，B放在粗糙的水平面上，在相同的力F作用下，由靜止開始都通過了相同的位移s.那么 A.力F對(duì)A做功較多，做功的平均功率也較大 B.力F對(duì)B做功較多，做功的平均功率也較大 C.力F對(duì)A、B做的功和做功的平均功率都相同 D.力F對(duì)A、B做功相等，但對(duì)A做功的平均功率較大 11.質(zhì)量為4　t的汽車，發(fā)電機(jī)最大輸出功率為100　kW，當(dāng)汽車由靜止開始以0.5 m／s2的加速度做勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)阻力為2103 N，這輛汽車所能達(dá)到的最大速度是______________　km／h，達(dá)到最大速度所需時(shí)間為______________s. 參考答案： 1.提示：設(shè)摩擦力為Ff，下滑力為Ｇ1，Ｇ1＝Ｇsinθ，則上坡時(shí)，牽引力F1＝Ff＋G1，P＝F1v1＝（Ff＋G1）v1；下坡時(shí)，牽引力F2＝G1－Ff，P＝F2v2＝（G1－Ff）v2，即可求得P. 2.86.4 提示：起重機(jī)的功率P＝Fv，貨物勻速上升，F(xiàn)不變，速度不斷增大，起重機(jī)的功率不斷增大，因此當(dāng)貨物被提升到10 m處時(shí)起重機(jī)的功率就是起重機(jī)應(yīng)具備的最小功率. 3.ABD 4.200　J ；150　W；200　W 5.BCD 6.AC 7.D 提示：飛機(jī)勻速飛行時(shí)，F(xiàn)＝Ff＝kv2，第一次P＝Fv＝kv′3，第二次4P＝F′v′＝ｋv′3可得v′＝v 8.B 提示：落地時(shí)，豎直方向的速度vy＝gt＝30 m／s,物體落地時(shí)的重力功率P＝Gvy＝300　W 9.A 提示：物體沿斜面下滑的加速度a＝gsinθ，物體的位移s＝，利用v2＝2as，得v＝ (也可以用機(jī)械能守恒定律求解v)，所以P＝Fscosθ＝mgvsinθ＝mgsinθ 10.D 11.90；50